多弧离子镀CrCN涂层结构与摩擦学性能研究

发布时间：2017-10-15 01:10

  本文关键词：多弧离子镀CrCN涂层结构与摩擦学性能研究

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【摘要】：海水环境中服役的机械系统,由于各种形式的摩擦磨损存在,导致多数摩擦关键零部件受损,对易磨损部件的表面防护成为了提高其服役寿命的有效技术手段。本论文采用多弧离子镀技术制备了对海水环境摩擦磨损性能与耐腐蚀性均较好的Cr CN硬质涂层,系统对比了基底材料(316 L不锈钢)和Cr CN涂层、Cr N和Cr CN涂层、梯度和均质Cr CN涂层在空气,去离子水和海水环境下的摩擦磨损性能和失效机制,结合涂层微观结构提出了改善涂层服役性能的技术路径,通过微观咬合理论模型的构建对摩擦机理进行深入分析,得到阶段性结论如下:1.较之于基底316 L不锈钢,在该基底上沉积Cr CN涂层后,硬度从4 GPa提高到22 GPa,H/E和H3/E2分别从0.022和0.002 GPa提高到0.071和0.11 GPa;阳极腐蚀电位从-0.21 V上升到-0.19 V;在大气,去离子水,海水环境下的摩擦系数及磨损率均显著降低,表现出较优异的综合性能。2.较之于Cr N涂层,Cr CN中的C元素以硬质碳化物Cr7C3的形式在晶界区域偏聚形成“富碳”骨架网络,力学性能与耐海水腐蚀性能均有明显提升,同时涂层表面也因碳化物偏聚出现较大的微区硬度差异,承受载荷时应力不连续状态导致其摩擦系数较Cr N涂层有所降低,表现出较低的磨损率。通过实验对比,显示出Cr CN在水环境下服役的优越性。3.较之于均质Cr CN涂层,梯度Cr CN涂层平均晶粒较小,Cr7C3(421)晶面的结晶度高,力学性能较好;在海水环境下,梯度Cr CN涂层在摩擦过程中对裂纹的萌生及扩展有较强的抑制作用,能有效抵制海水渗透,表现出较好的耐腐蚀性能;同时,在与WC小球反复对磨的过程中,表现出较低的平均摩擦系数与磨损率,磨痕形貌较为光洁。
【关键词】：CrCN涂层 多弧离子镀 微观结构 机械性能 摩擦学性能
【学位授予单位】：江西理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TG174.4
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 课题研究背景8-9
• 1.2 表面改性技术及防护方法9-14
• 1.2.1 真空镀膜技术9
• 1.2.2 真空镀膜技术分类9
• 1.2.3 化学气相沉积（Chemical Vapor Deposition, CVD）9-10
• 1.2.4 物理气相沉积（PVD）10-14
• 1.2.4.1 真空蒸发镀11
• 1.2.4.2 真空溅射镀11-12
• 1.2.4.3 真空离子镀12-14
• 1.3 316L不锈钢14
• 1.4 CrN及CrCN涂层14-16
• 1.4.1 CrN涂层14-15
• 1.4.2 CrCN涂层15-16
• 1.5 选题依据及研究内容16-18
• 1.5.1 选题依据16-17
• 1.5.2 研究内容17-18
• 第二章 实验方案及研究方法18-24
• 2.1 实验方案18-20
• 2.1.1 式样及靶材材料18
• 2.1.2 CrCN涂层制备18-19
• 2.1.3 CrN及CrCN涂层制备19
• 2.1.4 均质及梯度CrCN涂层制备19-20
• 2.2 涂层的表征20-24
• 2.2.1 扫描电子显微镜（SEM）20
• 2.2.2 X射线衍射仪（XRD）20-21
• 2.2.3 多功能X射线光电子能谱（XPS）21
• 2.2.4 透射电子显微镜(TEM)21
• 2.2.5 硬度、模量及结合力表征21-22
• 2.2.6 耐腐蚀性表征22
• 2.2.7 摩擦磨损表征22-24
• 第三章 316L不锈钢表面沉积CrCN涂层的结构及性能研究24-34
• 3.1 微观结构24-26
• 3.2 力学性能26-27
• 3.3 耐腐蚀性能27-28
• 3.4 摩擦学性能28-33
• 3.5 本章小结33-34
• 第四章 CrN和CrCN涂层组织及摩擦学性能研究34-50
• 4.1 涂层微观结构34-39
• 4.2 力学性能39-41
• 4.3 耐腐蚀性能41-42
• 4.4 摩擦学性能42-47
• 4.5 讨论47-49
• 4.6 本章小结49-50
• 第五章 均质和梯度CrCN涂层结构及海水环境下的摩擦学性能研究50-60
• 5.1 微观结构50-53
• 5.2 力学性能53-55
• 5.3 耐腐蚀性能55-56
• 5.4 摩擦学性能56-59
• 5.5 本章小结59-60
• 第六章 结束语60-62
• 参考文献62-67
• 致谢67-68
• 攻读学位期间的研究成果68-69

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 张广安;王立平;刘千喜;薛群基;;CrN基复合薄膜的结构及摩擦磨损性能研究[J];摩擦学学报;2011年02期

2 王建章;陈贝贝;阎逢元;;海水组分对海水润滑性能的影响[J];润滑与密封;2011年11期

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本文编号：1034206